【摘要】：自從光鑷技術發(fā)明以來,光學操控在原子物理、光學和生物科學等科學領域有著廣泛應用。伴隨著納米技術的飛速發(fā)展,光學操控在亞波長和納米尺寸微粒的應用取得了顯著進步。利用光力可以實現(xiàn)光學俘獲、光學束縛、光學選礦和光傳輸?shù)裙δ�。在過去的十年中,已經(jīng)提出了諸多光束和納米級器件,以越來越精確、穩(wěn)定和靈活的方式機械地作用于納米顆粒。對光學力的研究有助于揭示光相互作用的本質,在各種科學領域和日常生活中具有相當大的潛在應用。光致旋轉是光學操控的一個重要研究方向,本文通過人工電磁表面結構實現(xiàn)光致旋轉,設計應用于近紅外、可見光和微波波段的人工電磁表面,對光學力矩進行計算分析,實現(xiàn)滿足左手效應的力矩現(xiàn)象。首先,本文對光致旋轉的實現(xiàn)進行分析,利用光子的線性動量、自旋角動量和軌道角動量可產(chǎn)生光學力矩,給出用Maxwell應力張量對光學力矩的計算方法。通過對人工電磁表面相關理論的介紹,提出基于人工電磁表面的左手力矩理論,給出左手力矩的實現(xiàn)方法。本文提出電介質結構和雙層開口金屬環(huán)結構人工電磁表面,分析相位突變單元的設計原理,設計出應用于近紅外、可見光和微波波段的半波片單元結構,能夠將圓極化入射波轉換為其交叉極化。利用單元結構的空間排布,構造產(chǎn)生不同軌道角動量渦旋波束的人工電磁表面。最后,通過仿真計算空間電磁場的分布,利用Maxwell應力張量計算得出光學力矩的數(shù)值。仿真結果表明,不同軌道角動量數(shù)下的光學力矩呈線性關系,與理論分析吻合,完成基于人工電磁表面的左手力矩實現(xiàn)。本文為左手力矩的產(chǎn)生提供重要的理論依據(jù),為光致旋轉領域的進一步發(fā)展做出貢獻。
【圖文】：

c) 縱向力和徑向力與輻射距離的關系 d) 聚苯乙烯粒子被 s 極化波束分散圖 1-1 負光學力[27]對于遠小于波長的磁性電介質物體，傳播方向上的光力可以由公式（1-1）表示。( ) ( ) ( ) ( ) ( )42 20Im Im Re Re Re2 12z e i m i e m zkF E H pc + (1-1)式中 ——波矢量的縱向分量；e ,m ——電場（磁場）極化度；給出zp 的計算公式：( )*z z i ip e E H(1-2)從公式（1-2）中可以看出一個負力需要一縱向很小的波矢量和一個正向很大的 ，也就是在傳播方向上有很小的輸入光子動量和一個很大的輸出動量。同時，由于輻射多極的干擾，沿著傳播方向的散射可以最大化[27]。然后光學力可以拉動物體，，見圖 1-1 b)。時間平均光學力可以分為入射項和干涉項。來自

已經(jīng)實現(xiàn)了牽引波束的實驗。Lee 等人使用光電螺線管來捕捉并移動膠體二氧化硅球體抵抗光傳播的方向。電磁波束對物體施加強度梯度和相位梯度力。通過交替獨立的螺旋相分布，物體可以在下游傳輸逆行到上游很長一段距離。類似地，光學輸送機的雙向傳輸是通過改變貝塞爾光束的相對相位來實現(xiàn)的。這種牽引光束具有即使在多個物體上也以均勻的速度施加穩(wěn)定捕獲的能力。由單個高斯波束的干涉產(chǎn)生的牽引波束及其反射也顯示出拉動效應。可以通過在 s 和 p 偏振光束之間切換來分選不同尺寸的粒子，如圖 1-1 d)所示。a) Ag 納米粒子不同極化波下的排列 b) Ag 納米粒子在相干光下排成鏈狀
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;O441

【參考文獻】

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1 管曉微;朱艷英;魏勇;呂威;荊敏娟;李解;;晶體微粒光致旋轉的角速度受其厚度影響分析[J];激光與紅外;2010年04期

2 孫玉芬,李銀妹,樓立人;光阱中的CaCO_3晶體微粒的光致旋轉[J];中國激光;2005年03期

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1 丁旭e

本文編號：2614057